链表

定义

数字域和指针域

种类

单链表，双链表，循环链表

链表的存储方式

链表是通过指针域的指针链接在内存中各个节点。

所以链表中的节点在内存中不是连续分布的 ，而是散乱分布在内存中的某地址上，分配机制取决于操作系统的内存管理。

删除链表

增加链表

与数组的对比

再把链表的特性和数组的特性进行一个对比，如图所示：

数组在定义的时候，长度就是固定的，如果想改动数组的长度，就需要重新定义一个新的数组。

链表的长度可以是不固定的，并且可以动态增删， 适合数据量不固定，频繁增删，较少查询的场景。

移除链表元素

移除操作，就是让节点next指针直接指向下下一个节点就可以了，

那么因为单链表的特殊性，只能指向下一个节点，刚刚删除的是链表的中第二个，和第四个节点，那么如果删除的是头结点又该怎么办呢？

这里就涉及如下链表操作的两种方式：

• 直接使用原来的链表来进行删除操作。
• 设置一个虚拟头结点在进行删除操作。

这里我选择第二种方式，更好理解和记忆；

给链表添加一个虚拟头结点为新的头结点，此时要移除这个旧头结点元素1。

这样是不是就可以使用和移除链表其他节点的方式统一了呢？

来看一下，如何移除元素1 呢，还是熟悉的方式，然后从内存中删除元素1。

最后呢在题目中，return 头结点的时候，别忘了 return dummyNode->next;， 这才是新的头结点

/**
 * 时间复杂度 O(n)
 * 空间复杂度 O(1)
 * @param head
 * @param val
 * @return
 */
public ListNode removeElements(ListNode head, int val) {
    // 设置一个虚拟的头结点
    ListNode dummy = new ListNode();
    dummy.next = head;

    ListNode cur = dummy;
    while (cur.next != null) {
        if (cur.next.val == val) {
            cur.next = cur.next.next;
        } else {
            cur = cur.next;        
        }
    }
    return dummy.next;
}

设计链表

设计的为单链表时 

我分析这个代码的思路，因为是链表，内存空间不是连续的，所以对那个Index的理解不明确；

而且又是单链表，只有一个next指针，所以分析的时候要注意什么找到什么链表

707. 设计链表 - 力扣（LeetCode）

思路
这是链表最基础的操作，牢记于心！
首先初始化：由于给的是链表：MyLinkedList ，需要初始化size（长度），listnode(头节点)。而题目没有给出listnode的定义，需要自己定义一个ListNode类，记得定义构造函数，不然在MyLinkedList初始化的时候无法直接赋值。
1.核心是addAtIndex(int index, int val)；需要判断index,如果大于size,返回；

如果<0，令其=0；

执行插入，由于是index的前面插入，所以要找到index的前驱节点：循环次数=index;插入时先将新节点与pre.next连接，再将pre.next=新节点。这样是为了防止先执行 pre.next=新节点，会断链找不到后面的链表。
2.addAtHead，addAtTail直接调用addAtIndex即可。
3.deleteAtIndex(int index)，首先找到index的前驱节点，然后将pre.next=pre.next.next即可。
4.get(int index)：首先进行有效值判断，然后for循环即可。这里不需要找到前驱节点，因此循环次数是Index+1.

解题过程
刚开始用的是while循环，每次pre指针往后移动的时候，Index--;这样肯定没有for循环看着舒适。而且没有搞明白什么时候需要找到先驱节点（插入，删除），以及循环多少次可以找到先驱节点（当pre=head的时候，循环次数=index）。以及不会写列表的构造函数（size,listnode），不过我现在都会啦~！

//单链表
class ListNode {
    int val;
    ListNode next;
    ListNode(){}
    ListNode(int val) {
        this.val=val;
    }
}
class MyLinkedList {
    //size存储链表元素的个数
    int size;
    //虚拟头结点
    ListNode head;

    //初始化链表
    public MyLinkedList() {
        size = 0;
        head = new ListNode(0);
    }

    //获取第index个节点的数值，注意index是从0开始的，第0个节点就是头结点
    public int get(int index) {
        //如果index非法，返回-1
        if (index < 0 || index >= size) {
            return -1;
        }
        ListNode currentNode = head;
        //包含一个虚拟头节点，所以查找第 index+1 个节点
        for (int i = 0; i <= index; i++) {
            currentNode = currentNode.next;
        }
        return currentNode.val;
    }

    public void addAtHead(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = head.next;
        head.next = newNode;
        size++;

        // 在链表最前面插入一个节点，等价于在第0个元素前添加
        // addAtIndex(0, val);
    }

    
    public void addAtTail(int val) {
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        ListNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            cur = cur.next;
        }

        cur.next = newNode;
        size++;

        // 在链表的最后插入一个节点，等价于在(末尾+1)个元素前添加
        // addAtIndex(size, val);
    }

    // 在第 index 个节点之前插入一个新节点，例如index为0，那么新插入的节点为链表的新头节点。
    // 如果 index 等于链表的长度，则说明是新插入的节点为链表的尾结点
    // 如果 index 大于链表的长度，则返回空
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        if (index > size) {
            return;
        }
        if (index < 0) {
            index = 0;
        }
        size++;
        //找到要插入节点的前驱
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        ListNode toAdd = new ListNode(val);
        toAdd.next = pred.next;
        pred.next = toAdd;
    }

    //删除第index个节点
    public void deleteAtIndex(int index) {
        if (index < 0 || index >= size) {
            return;
        }
        size--;
        //因为有虚拟头节点，所以不用对Index=0的情况进行特殊处理
        ListNode pred = head;
        for (int i = 0; i < index ; i++) {
            pred = pred.next;
        }
        pred.next = pred.next.next;
    }
}

当设计的为双链表时

class MyLinkedList {  

    //记录链表中元素的数量
    int size;
    //记录链表的虚拟头结点和尾结点
    ListNode head,tail;
    
    public MyLinkedList() {
        //初始化操作
        this.size = 0;
        this.head = new ListNode(0);
        this.tail = new ListNode(0);
        //这一步非常关键，否则在加入头结点的操作中会出现null.next的错误！！！
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
    }
    
    public int get(int index) {
        //判断index是否有效
        if(index>=size){
            return -1;
        }
        ListNode cur = this.head;
        //判断是哪一边遍历时间更短
        if(index >= size / 2){
            //tail开始
            cur = tail;
            for(int i=0; i< size-index; i++){
                cur = cur.prev;
            }
        }else{
            for(int i=0; i<= index; i++){
                cur = cur.next; 
            }
        }
        return cur.val;
    }
    
    public void addAtHead(int val) {
        //等价于在第0个元素前添加
        addAtIndex(0,val);
    }
    
    public void addAtTail(int val) {
        //等价于在最后一个元素(null)前添加
        addAtIndex(size,val);
    }
    
    public void addAtIndex(int index, int val) {
        //index大于链表长度
        if(index>size){
            return;
        }

        size++;
        //找到前驱
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        //新建结点
        ListNode newNode = new ListNode(val);
        newNode.next = pre.next;
        pre.next.prev = newNode;
        newNode.prev = pre;
        pre.next = newNode;
        
    }
    
    public void deleteAtIndex(int index) {
        //判断索引是否有效
        if(index>=size){
            return;
        }
        //删除操作
        size--;
        ListNode pre = this.head;
        for(int i=0; i<index; i++){
            pre = pre.next;
        }
        pre.next.next.prev = pre;
        pre.next = pre.next.next;
    }
}

/**
 * Your MyLinkedList object will be instantiated and called as such:
 * MyLinkedList obj = new MyLinkedList();
 * int param_1 = obj.get(index);
 * obj.addAtHead(val);
 * obj.addAtTail(val);
 * obj.addAtIndex(index,val);
 * obj.deleteAtIndex(index);
 */

反转链表

这个题目有点难理解

206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

方法一：双指针法

class Solution {
	public ListNode reverseList(ListNode head) {
		//申请节点，pre和 cur，pre指向null
		ListNode pre = null;
		ListNode cur = head;
		ListNode tmp = null;
		while(cur!=null) {
			//记录当前节点的下一个节点
			tmp = cur.next;
			//然后将当前节点指向pre
			cur.next = pre;
			//pre和cur节点都前进一位
			pre = cur;
			cur = tmp;
		}
		return pre;
	}
}

方法二：递归的方法

这个思路真的没有看懂。。

class Solution {
	public ListNode reverseList(ListNode head) {
		//递归终止条件是当前为空，或者下一个节点为空
		if(head==null || head.next==null) {
			return head;
		}
		//这里的cur就是最后一个节点
		ListNode cur = reverseList(head.next);
		//这里请配合动画演示理解
		//如果链表是 1->2->3->4->5，那么此时的cur就是5
		//而head是4，head的下一个是5，下下一个是空
		//所以head.next.next 就是5->4
		head.next.next = head;
		//防止链表循环，需要将head.next设置为空
		head.next = null;
		//每层递归函数都返回cur，也就是最后一个节点
		return cur;
	}
}

 206. 反转链表 - 力扣（LeetCode）

 递归过程与迭代类似，我们可以抽象出一个函数每次执行反转节点的动作，然后递归处理下一个节点，直到节点为空链表处理结束。

class Solution {
    private ListNode reversedHead; // 反转后链表的头节点

    public ListNode reverseList(ListNode head) {
        reverse(null, head); // 从头节点开始反转，头节点的上一个节点为空
        return reversedHead;
    }
	// 反转节点curr，last为curr的上一个节点
    private void reverse(ListNode last, ListNode curr){
        if(curr == null){
            // curr为空，到达链表尾部，last就是原链表最后一个节点，即反转后的链表的头节点
            reversedHead = last;
            return;
        }
        reverse(curr, curr.next);  // 递归反转下一个节点
        curr.next = last;  // 反转当前节点
    }
}

两两交换链表中的节点

递归

又是递归，我真的看不懂递归，感觉脑子炸了，明天再来好好整理复盘递归这两个代码

class Solution {
    public ListNode swapPairs(ListNode head) {
        // base case 退出提交
        if(head == null || head.next == null) return head;
        // 获取当前节点的下一个节点
        ListNode next = head.next;
        // 进行递归
        ListNode newNode = swapPairs(next.next);
        // 这里进行交换
        next.next = head;
        head.next = newNode;

        return next;
    }
}